吕存宣

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）

0 引言

南水北调中线总干渠在河南省境内焦作段穿越煤矿采空区。虽然前期经过了大量的技术经济论证工作，渠道基本避开了采空区，但仍有多处采空区距离渠道较近，地表沉陷影响边界的3处采空区，仍有可能对总干渠安全产生影响。在方案比选及初步设计阶段，勘察设计单位在收集煤矿地质资料的基础上，根据国内外类似经验及地表地面调查工作，对采空区的稳定性进行了宏观分析和定性评价，但没有进行过相关数值模拟计算等定量分析工作，而煤矿采空区的稳定性是工程的重大工程技术问题之一，其是否还对渠道工程产生影响是十分突出的技术问题，随着工程的相继开工建设及运营，需要对这些问题进行全面、深入的研究与分析。

通过建立专用变形监测系统和地下水观测设施，及时掌握和提供地基岩土体和支护结构变形信息和工作状态，及时预报地基险情，以便采取措施。监测采空区在施工前、施工期、运行初期的变形情况，联合高校等科研机构，评价总干渠沿线下伏采空区的稳定性，判断采空区对总干渠渠道及建筑物的影响并预测发展趋势，为采空区段工程设计、施工、运行管理提供可靠的技术依据。

1 工程概况

焦作矿区段穿越总干渠段全长约25 km，基本沿凤凰岭断裂以南及九里山断裂延伸边缘通过，基本避开了采空区。

1.1 监测内容

监测范围包括受采空区影响的渠段。以渠道场地、地裂缝两盘及地下水位监测为主。监测内容包括垂直位移监测、水平位移监测、场地岩土体内部变形监测和地下水位监测，监测点布设范围充分结合地质稳定性条件、地裂缝的空间分布位置和采空区的影响边界。

1.2 基本原则

采用GNSS对地表水平位移进行监测（三等平面），利用精密数字水准仪进行垂直位移观测（二等水准），同时深层埋设多点位移计和测斜仪对采空区现状岩层位移进行监测，观测频率为每月1次。

1.3 主要工作量

共布置水平位移监测基准点、监测点各6 座，垂直位移变形监测基准点2处各3座，监测点28座。渠段地基岩土体内部多点位移计2个，测斜仪2个，分别在不同深度布置测斜仪传感器13支。监测时间为2010-2017年。

2 变形监测

2.1 地表变形监测

第一，布点原则：结合渠道布置和矿层走向、开采方法及上覆地层产状，采用平行和垂直煤矿层走向成直线断面布置，长度超过地表移动变形范围。观测点间距为100～200 m。

基准点埋设在稳定的地方，监测点埋设在敏感的地方。

岩体内部监测点结合地裂缝发育情况布置，多点位移计、测斜仪埋设在地裂缝上盘渠道左侧红线附近。

第二，监测点埋设：平面位移点带强制归心装置，为增加监测点的稳定性，在底盘下用洛阳铲掏挖4个3 m长度稳定桩。

第三，变形监测：项目涉及2个沉陷区，平面基准点统筹布置，高程基准点分别在2处沉陷区各埋设3座。

基于减水河MIKE11建库后对水环境的影响………………………………………卢 慧，董红霞，轩晓博（6.20）

垂直位移观测选用天宝Dini03 电子水准仪配合因瓦条码水准标尺进行；水平位移监测采用8台徕卡GX 1230型双频静态GNSS接收机同步观测。

2.2 岩土体内部变形监测

在变形监测部位埋设多点位移计和测斜仪，并按照一定的频率采集数据。使用基康仪器有限公司生产的BGK-A3 型多点位移计，测斜仪为BGK-6150垂直测斜仪。

2.3 地下水位监测

按时采集地下水位数据。

3 变形分析

由于变形量本身较小，邻近于测量误差边缘，为区分变形与误差，提取变性特征，必须设法消除较大的超限误差，从而尽可能地减少观测误差对变形分析的影响。

①外业数据检核：对各观测数据进行检核。②内业数据检核：通过不同的方法验算、不同人员的重复计算来消除原始资料中的粗差。③原始资料的逻辑分析：通过绘制过程线推测其一致性，或者通过对临近点的变形监测值推测其相关性。

3.1 基准网稳定性分析

定期观测，以确保其相对稳定性，必要时，可以使用技术手段对其进行整体检验，挑出不稳定的点。

3.2 垂直位移变形分析

一般用Excel表格统计，并绘制随时间变化的位移曲线（分段为施工期和运行期），并进行分析。

3.3 水平位移变形分析

依观测量位移之X、Y值，绘制水平位移曲线并进行分析。

3.4 岩土体内部变形分析

依据岩土体内部埋设的传感器采集的位移量变化，绘制位移曲线并进行分析。

3.5 地下水位分析

绘制时间水位变化曲线，分析地下水位变化及年变幅。

4 外业巡视检查

整个施工期间，每天均有专人巡视。

4.1 检查内容

①总干渠构筑物及周边邻近环境状况：总干渠渠坡衬砌板、渠底板有无裂缝和隆起，背水坡有无沉陷；总干渠邻近建筑物，特别是曾经遭受采空区变形损坏的建筑物裂缝发展情况；邻近道路及地表有无裂缝、沉陷；总干渠周围地面堆载情况，有无较大规模的填土等。②施工工况及异常现象：注浆施工地面隆起、裂缝变形情况；场地雨季或汛期地表、基坑积水、建筑物基坑地下水排放情况；总干渠基坑开挖发现的土体裂缝、空洞等不良地质现象；基坑开挖情况、填筑堤施工情况等。③监测设施状况：基准点、监测点完好情况；有无影响观测工作的障碍物；监测元件的完好及保护情况等。

4.2 检查方法

巡视检查方法以目测为主，辅以摄影、钎探、量尺、放大镜等工具，对建筑物裂缝等特殊对象采用简易观测法，设置固定铆钉量测或石膏片观测。每天的巡视记录及时整理，并结合仪器监测数据综合分析。

4.3 检查结论

第一，从2010 年以来，施工初期的地表附属物清理、重载车辆、渠基回填碾压施工等对监测条件影响较大，监测数据局部异常变化反映了施工环境条件变化的影响。

第二，总干渠场地红线范围内地质巡视没有发现地面、土体有沉陷变形现象，渠坡及衬砌板等亦未发现有裂缝、隆起、沉陷等变形迹象。

第三，原地裂缝经过总干渠开挖绝大部分已挖除，仅在总干渠左岸场地有出露，经工程处理后，在地面和总干渠渠坡相关部位未发现变形迹象。

5 监测结论及建议

5.1 结论

一是水平位移监测点，除部分点发生跳跃最后趋于稳定外，其他点均未超过设计中误差允许值，有些点因总干渠通水后出现向北正直移动现象，但趋势向稳，应注意加强后期观测。平均而言，各平面监测点无明显变形。

二是距总干渠最远的监测点累计最大沉降63 mm，最近点沉降最大值20 mm。结合地表巡视，场地填土，新建的移民新村房屋没有变形损坏的现象，亦验证本渠段是稳定的。

部分点在施工期受右岸渠堤道路重车及碾压影响，微有隆起，目前已经稳定。其余监测点变形量较小，沉降历时曲线趋势表明，虽有轻微的沉降变形，但总体沉降量较小，近几年的变形基本稳定。渠坡相关部位地质巡视未发现变形迹象。

三是地裂缝邻近的地表监测点初期有下沉趋势。总干渠通水后上升趋势明显，后期下沉，走向不定。

四是地下水位监测表明，总体呈下降趋势。

五是监测成果结合地表巡视表明，3 处毗邻采空区的渠段，地表和岩土体的变形总体稳定。地裂缝局部存在较小的变形现象。对于地裂缝的监测，建议仍作为下一步观测的重点。

5.2 建议

后期联合科研单位，建立GIS模型，整合DEM数据，叠加航片和变形监测点，生成工程数字孪生模型，采用现代数学方法对数据进行分析整理，利用最大位移和位移速率两种方法，分析采空区变形规律及稳定条件，并开发预测分析处理系统。